WO2025177705A1 - スポンジ状還元鉄、スポンジ状還元鉄の製造方法、及び溶鋼の製造方法 - Google Patents

スポンジ状還元鉄、スポンジ状還元鉄の製造方法、及び溶鋼の製造方法

Info

Publication number
WO2025177705A1
WO2025177705A1 PCT/JP2024/046408 JP2024046408W WO2025177705A1 WO 2025177705 A1 WO2025177705 A1 WO 2025177705A1 JP 2024046408 W JP2024046408 W JP 2024046408W WO 2025177705 A1 WO2025177705 A1 WO 2025177705A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sponge
reduced iron
nitrogen content
denitrification
ppm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2024/046408
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
恒久 西村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to AU2024429362A priority Critical patent/AU2024429362A1/en
Priority to JP2025531739A priority patent/JP7759019B1/ja
Publication of WO2025177705A1 publication Critical patent/WO2025177705A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00—General methods of reducing to metals
    • C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/12—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by gases
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the present invention relates to sponge-like reduced iron, a method for producing sponge-like reduced iron, and a method for producing molten steel.
  • the following process is known to be used to produce steel with such low nitrogen content.
  • a carbon source such as carbonaceous material is added to the molten pig iron in the converter, and then an oxygen-containing gas is blown into the converter to promote the decarburization reaction, causing N to adsorb onto the surface of the CO bubbles.
  • the nitrogen content of the molten steel tapped from the converter is approximately 30 ppm. This process is possible because the molten pig iron contains a high carbon content. Because blast furnaces use coke to produce molten pig iron, the carbon content of the molten pig iron is high.
  • the nitrogen content of sponge-like reduced iron produced in a shaft furnace is 20 ppm or more.
  • the sponge-like reduced iron is transported to an electric furnace to become molten steel, where impurities are removed, but nitrogen is not sufficiently removed. Even if a carbon source is added to the molten steel in the electric furnace, as in the blast furnace/converter process, the denitrification reaction does not occur sufficiently. Because shaft furnaces do not use large amounts of carbon sources such as coke, the carbon content of the sponge-like reduced iron transported to the electric furnace is low, and the CO bubbles necessary for denitrification are not sufficiently generated.
  • the nitrogen content of molten steel tapped from an electric furnace is approximately 50 to 100 ppm.
  • the present invention was made in consideration of the above problems, and its object is to provide sponge-like reduced iron having a nitrogen content of less than 20 ppm, a method for producing sponge-like reduced iron, and a method for producing molten steel.
  • the gist of the present invention is as follows. (1)
  • the sponge reduced iron according to one aspect of the present invention has a nitrogen content of less than 20 ppm.
  • sponge-like reduced iron having a nitrogen content of 20 ppm or more is denitrified based on the relationship between the nitrogen content of the sponge-like reduced iron and the retention time.
  • the denitrified sponge-like reduced iron may be cooled in a nitrogen-free atmosphere.
  • the sponge-like reduced iron produced by the method for producing sponge-like reduced iron described in (2) above is transported to an electric furnace in a nitrogen-free atmosphere to produce molten steel.
  • the sponge reduced iron having a temperature of 650° C. or higher and a nitrogen content of less than 20 ppm may be transported to the electric furnace.
  • the present invention provides sponge-like reduced iron having a nitrogen content of less than 20 ppm, a method for producing sponge-like reduced iron, and a method for producing molten steel.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an apparatus for producing sponge reduced iron.
  • 10 is a graph showing simulation results of the retention time and nitrogen content of sponge-like reduced iron for each initial nitrogen content when the denitrification atmosphere is 100% by volume of H 2 , 1.013 ⁇ 10 5 Pa, and 700° C.
  • 10 is a graph showing simulation results of the retention time and nitrogen content of sponge reduced iron for each initial nitrogen content when the denitrification atmosphere is set to 90% by volume of H 2 and 10% by volume of N 2 , 1.013 ⁇ 10 5 Pa, and 700° C.
  • 10 is a graph showing simulation results of retention time and nitrogen content of sponge reduced iron for each initial nitrogen content when the denitrification atmosphere is set to 80% by volume of H 2 and 20% by volume of N 2 , 1.013 ⁇ 10 5 Pa, and 700° C.
  • 10 is a graph showing simulation results of retention time and nitrogen content of sponge reduced iron for each initial nitrogen content when the denitrification atmosphere is set to 70% by volume of H 2 and 30% by volume of N 2 , 1.013 ⁇ 10 5 Pa, and 700° C.
  • 10 is a graph showing simulation results of the retention time and nitrogen content of sponge reduced iron for each initial nitrogen content when the denitrification atmosphere is set to 50% by volume of H 2 and 50% by volume of N 2 , 1.013 ⁇ 10 5 Pa, and 700° C.
  • FIG. 10 is a graph showing simulation results of the retention time and nitrogen content of sponge-like reduced iron for each initial nitrogen content when the denitrification atmosphere was set to 36% by volume of H 2 and 64% by volume of N 2 , 1.013 ⁇ 10 5 Pa, and 700° C.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an apparatus for producing molten steel.
  • Sponge-like reduced iron manufacturing apparatus> 1 is a schematic diagram showing an apparatus for producing sponge-like reduced iron 1.
  • the apparatus for producing sponge-like reduced iron 1 according to this embodiment includes a shaft furnace 1a, a reducing gas heating device 2, a dust removal device 3, a dehydration device 4, and a denitrification device 5.
  • the shaft furnace 1a is a device that reduces iron oxide raw material to produce sponge-like reduced iron.
  • the shaft furnace 1a operates as follows: First, iron oxide raw material (e.g., iron oxide pellets) is loaded from the top of the shaft furnace 1a, and reducing gas is blown into the shaft furnace 1a from the bottom. The reducing gas is heated to a predetermined temperature (e.g., approximately 900-950°C) by the reducing gas heating device 2 before being blown into the shaft furnace 1a. The reducing gas blown into the shaft furnace 1a then reduces the iron oxide raw material inside the shaft furnace 1a. This direct reduction process produces sponge-like reduced iron (DRI). The sponge-like reduced iron is discharged from the bottom of the shaft furnace 1a.
  • iron oxide raw material e.g., iron oxide pellets
  • the sponge-like reduced iron immediately after being discharged from shaft furnace 1a has a nitrogen content of 20 ppm or more.
  • the nitrogen content of sponge-like reduced iron is measured in accordance with JIS G1228:1997 inert gas dissolution - thermal conductivity method (ISO/DIS 10720).
  • sponge-like reduced iron is porous reduced iron, and it is preferable that the porosity be 40% or more.
  • the porosity is measured using the method specified in JIS M8716:1990.
  • Top gas (exhaust gas) is discharged from the top of the shaft furnace 1a.
  • the top gas may be, for example, hydrogen gas and steam gas, or carbon monoxide gas and carbon dioxide gas, or a mixture of these.
  • the top gas may be discharged outside the system, or may be circulated as in this embodiment.
  • the furnace for producing sponge-like reduced iron is not limited to a shaft furnace, and may also be, for example, a kiln furnace.
  • the reducing gas heating device 2 heats the reducing gas using heat generated by burning the fuel gas.
  • the heated reducing gas is blown into the shaft furnace 1a.
  • the burned fuel gas is discharged outside the system as exhaust gas.
  • the denitrification device 5 performs denitrification until the nitrogen content of the sponge-like reduced iron becomes less than 20 ppm.
  • the nitrogen content of the sponge-like reduced iron can be adjusted to any value by adjusting the operating conditions of the denitrification device 5.
  • the denitrification treatment is performed, for example, at 600°C or higher.
  • the gas generated from the denitrification device 5, i.e., the denitrification treatment exhaust gas contains hydrogen gas and ammonia gas, and therefore may be mixed with a reducing gas introduced from outside.
  • the denitrification conditions will now be explained in detail.
  • the inventors conducted simulation calculations on the denitrification behavior of sponge-like reduced iron using hydrogen.
  • the denitrification reaction shown in the above chemical reaction formula was assumed to be surface-limited by the sponge-like reduced iron, and the reaction rate values presented by Grabke (Ber. Bunsenges. Physik. Chem., (1968), 533, 541) were used.
  • the denitrification atmosphere refers to the atmosphere during the denitrification treatment of sponge-like reduced iron.
  • a denitrification atmosphere of 100% H2 by volume, 1.013 x 105 Pa, and 700°C it was found that the nitrogen content of sponge-like reduced iron with an initial nitrogen content of 30 ppm was reduced to 20 ppm in 3.6 minutes.
  • FIG. 5 is a graph showing the results of simulation calculations of the retention time and nitrogen content of sponge-like reduced iron for each initial nitrogen content when the denitrification atmosphere was set to 70% by volume of H 2 and 30% by volume of N 2 , 1.013 ⁇ 10 5 Pa, and 700° C.
  • FIG. 6 is a graph showing the results of simulation calculations of the retention time and nitrogen content of sponge-like reduced iron for each initial nitrogen content when the denitrification atmosphere was set to 50% by volume of H 2 and 50% by volume of N 2 , 1.013 ⁇ 10 5 Pa, and 700° C.
  • FIG. 6 is a graph showing the results of simulation calculations of the retention time and nitrogen content of sponge-like reduced iron for each initial nitrogen content when the denitrification atmosphere was set to 50% by volume of H 2 and 50% by volume of N 2 , 1.013 ⁇ 10 5 Pa, and 700° C.
  • the sponge-like reduced iron immediately after being discharged from the shaft furnace 1a has a nitrogen content of 20 ppm or more.
  • the sponge-like reduced iron may be discharged in a heated state (HDRI) or in a cooled state (CDRI).
  • the dehydration device 4 dehydrates the circulating gas.
  • the circulating gas is then mixed with reducing gas introduced from the outside and introduced into the reducing gas heating device 2.
  • carbon dioxide gas may also be removed from the circulating gas.
  • the reducing gas heating device 2 heats the reducing gas with heat generated by burning fuel gas. The heated reducing gas is blown into the shaft furnace 1a.
  • the sponge-like reduced iron should be held at the denitrification temperature of 700°C for 8 minutes or more.
  • the inside of the vessel may be filled with a hydrogen gas atmosphere.
  • denitrification takes place within the vessel, so the denitrification device 5 may be omitted.
  • CDRI with a nitrogen content of 30 ppm was placed in a denitrification device and held at 700°C in a hydrogen gas atmosphere for 5 minutes.
  • the nitrogen content was measured using the method described above.
  • the nitrogen content of the CDRI was then measured, it had been reduced to 19 ppm. This demonstrates that the denitrification device 5 described above can denitrify sponge-like reduced iron to less than 20 ppm.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

このスポンジ状還元鉄は、窒素含有量が２０ｐｐｍ未満である。

Description

スポンジ状還元鉄、スポンジ状還元鉄の製造方法、及び溶鋼の製造方法
　本発明は、スポンジ状還元鉄、スポンジ状還元鉄の製造方法、及び溶鋼の製造方法に関する。本願は、２０２４年０２月２０日に、日本に出願された特願２０２４－０２３４３３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　例えばシャフト炉を用いた還元鉄の製造方法のように、スポンジ状還元鉄（多孔質の還元鉄）を製造する技術が知られている（特許文献１、２）。当該技術では、高炉法のように液体の溶銑（銑鉄）を製造するのではなく、鉄鉱石あるいはその塊成化物を固体のまま還元し、多孔質かつ高気孔率の海綿状還元鉄（以下ではスポンジ状還元鉄（スポンジ鉄）（ｓｐｏｎｇｅ　ｉｒｏｎ）とも称する）を製造する。
日本国実開昭６３－１６７１６２号公報 日本国特開２０００－２０４４１９号公報
　ところで、高級鋼、特に深絞り用の薄板の製造に使用される鋼材には、質量基準で２０ｐｐｍ未満というきわめて低い窒素含有量が求められている。なお、以下では、質量基準のｐｐｍを単にｐｐｍと呼称する。
　高炉転炉法では、このような低窒素含有量の鋼材を製造するために、例えば以下の処理を行うことが知られている。すなわち、転炉内の溶銑に炭材のような炭素源を添加し、ついで転炉内に酸素含有ガスを吹き込んで脱炭反応を盛んにして、ＣＯバブルの表面にＮを吸着させる。これにより、溶銑の脱窒を図る。転炉から出鋼された溶鋼中の窒素含有量は概ね３０ｐｐｍ程度になる。なお、このような処理が可能となるのは、溶銑に含まれる炭素含有量が多いためである。つまり、高炉では溶銑を製造するためにコークスを使用するので、溶銑に含まれる炭素含有量が多くなる。さらに、この溶鋼をＲＨ脱ガス装置にて処理すると、減圧によって溶鋼が脱窒され、溶鋼の窒素含有量が一層低減される。この結果、鋼材の窒素含有量が２０ｐｐｍ未満となる。
　一方、シャフト炉で製造されたスポンジ状還元鉄の窒素含有量は２０ｐｐｍ以上である。スポンジ状還元鉄は、電気炉に輸送されて溶鋼となり、そこで不純物が除去されるが、窒素は十分に除去されない。仮に高炉転炉法と同様に電気炉内の溶鋼に炭素源を添加しても、脱窒反応は十分に行われない。シャフト炉ではコークスなどの炭素源を多量に使用しないので、電気炉に輸送されるスポンジ状還元鉄に含まれる炭素含有量が少なく、脱窒に必要なＣＯバブルが十分に生じないからである。さらに、電気炉は容器としての密閉度が転炉に比べて劣るので、大気中の窒素が電気炉中、ひいては溶鋼中に混入する可能性もある。したがって、シャフト炉および電気炉を用いた溶鋼の製造方法では、窒素含有量の少ない鋼材を製造することが困難であった。例えば、電気炉から出鋼された溶鋼の窒素含有量は５０～１００ｐｐｍ程度となる。
　そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、窒素含有量が２０ｐｐｍ未満であるスポンジ状還元鉄、スポンジ状還元鉄の製造方法、及び溶鋼の製造方法を提供することにある。
　本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）　本発明の一態様に係るスポンジ状還元鉄は、窒素含有量が２０ｐｐｍ未満である。
（２）　本発明の別の態様に係るスポンジ状還元鉄の製造方法は、スポンジ状還元鉄の窒素含有量と保持時間との関係に基づいて、窒素含有量が２０ｐｐｍ以上のスポンジ状還元鉄を脱窒処理する。
（３）　上記（２）に記載のスポンジ状還元鉄の製造方法は、前記脱窒処理された前記スポンジ状還元鉄を無窒素雰囲気下で冷却してもよい。
（４）　本発明の更に別の態様に係る溶鋼の製造方法は、上記（２）に記載のスポンジ状還元鉄の製造方法で製造されたスポンジ状還元鉄を無窒素雰囲気下で電気炉に輸送し、溶鋼を製造する。
（５）　上記（４）に記載の溶鋼の製造方法において、温度が６５０℃以上であり、窒素含有量が２０ｐｐｍ未満である前記スポンジ状還元鉄を前記電気炉に輸送してもよい。
　本発明によれば、窒素含有量が２０ｐｐｍ未満であるスポンジ状還元鉄、スポンジ状還元鉄の製造方法、及び溶鋼の製造方法を提供することができる。
スポンジ状還元鉄の製造装置を示す模式図である。 脱窒雰囲気を、Ｈ２１００体積％、１．０１３×１０５Ｐａ、７００℃としたときの、スポンジ状還元鉄の初期窒素含有量ごとの保持時間と窒素含有量のシミュレーション計算結果を示すグラフである。 脱窒雰囲気を、Ｈ２９０体積％、Ｎ２１０体積％、１．０１３×１０５Ｐａ、７００℃としたときの、スポンジ状還元鉄の初期窒素含有量ごとの保持時間と窒素含有量のシミュレーション計算結果を示すグラフである。 脱窒雰囲気を、Ｈ２８０体積％、Ｎ２２０体積％、１．０１３×１０５Ｐａ、７００℃としたときの、スポンジ状還元鉄の初期窒素含有量ごとの保持時間と窒素含有量のシミュレーション計算結果を示すグラフである。 脱窒雰囲気を、Ｈ２７０体積％、Ｎ２３０体積％、１．０１３×１０５Ｐａ、７００℃としたときの、スポンジ状還元鉄の初期窒素含有量ごとの保持時間と窒素含有量のシミュレーション計算結果を示すグラフである。 脱窒雰囲気を、Ｈ２５０体積％、Ｎ２５０体積％、１．０１３×１０５Ｐａ、７００℃としたときの、スポンジ状還元鉄の初期窒素含有量ごとの保持時間と窒素含有量のシミュレーション計算結果を示すグラフである。 脱窒雰囲気を、Ｈ２３６体積％、Ｎ２６４体積％、１．０１３×１０５Ｐａ、７００℃としたときの、スポンジ状還元鉄の初期窒素含有量ごとの保持時間と窒素含有量のシミュレーション計算結果を示すグラフである。 溶鋼の製造装置を示す模式図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
＜１．スポンジ状還元鉄の製造装置＞
　図１はスポンジ状還元鉄の製造装置１を示す模式図である。本実施形態に係るスポンジ状還元鉄の製造装置１は、シャフト炉１ａと、還元ガス加熱装置２と、除塵装置３と、脱水装置４と、脱窒装置５とを備える。
　シャフト炉１ａは、酸化鉄原料を還元してスポンジ状還元鉄を製造する装置である。シャフト炉１ａでは例えば以下の操業が行われる。まず、シャフト炉１ａの上方から酸化鉄原料（例えば酸化鉄ペレット）を装入し、シャフト炉１ａの下方から還元ガスを吹き込む。ここで、還元ガスは、還元ガス加熱装置２により所定温度（例えば９００～９５０℃程度）まで加熱された後、シャフト炉１ａに吹き込まれる。そして、シャフト炉１ａに吹き込まれた還元ガスがシャフト炉１ａ内の酸化鉄原料を還元する。このような直接還元プロセスにより、スポンジ状還元鉄（ＤＲＩ；Ｄｉｒｅｃｔ　Ｒｅｄｕｃｅｄ　Ｉｒｏｎ）が製造される。スポンジ状還元鉄は、シャフト炉１ａの下方から排出される。
　シャフト炉１ａから排出された直後のスポンジ状還元鉄は、窒素含有量が２０ｐｐｍ以上となっている。なお、スポンジ状還元鉄の窒素含有量は、ＪＩＳ　Ｇ１２２８：１９９７　不活性ガス溶解－熱伝導度法（ＩＳＯ／ＤＩＳ　１０７２０）に従って測定される。
　スポンジ状還元鉄は、加熱された状態で排出される場合もあるし、冷却された状態で排出される場合もある。加熱された状態で排出されたスポンジ状還元鉄はＨＤＲＩ（Ｈｏｔ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｒｅｄｕｃｅｄ　Ｉｒｏｎ）とも称され、冷却された状態で排出されたスポンジ状還元鉄はＣＤＲＩ（Ｃｏｌｄ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｒｅｄｕｃｅｄ　Ｉｒｏｎ）とも称される。ＨＤＲＩの温度は例えば６５０℃以上であり、ＣＤＲＩの温度は例えば６５０℃未満である。ＨＤＲＩ及びＣＤＲＩの温度は例えば放射温度計または熱電対（熱電対をＤＲＩに挿入）により測定される。
　なお、スポンジ状還元鉄は多孔質の還元鉄であり、気孔率は４０％以上であることが好ましい。ここで、気孔率は、ＪＩＳ　Ｍ８７１６：１９９０に提示の手法により測定される。
　シャフト炉１ａの炉頂からは、炉頂ガス（排ガス）が排出される。炉頂ガスは、例えば、水素ガス及び水蒸気ガス、または一酸化炭素ガス及び二酸化炭素ガス、またはこれらの混合ガスである。炉頂ガスは系外に排出されてもよいが、本実施形態のように循環されてもよい。
　なお、スポンジ状還元鉄を製造するための炉はシャフト炉に限られず、例えばキルン炉等であってもよい。
　除塵装置３は、除塵フィルタ等を用いて炉頂ガスを除塵する。その後、炉頂ガスの一部は還元ガス加熱装置２の燃料ガスとされ、残りは循環ガスとして脱水装置４に導入される。
　脱水装置４は、循環ガスを脱水する。その後、循環ガスは、外部から導入される還元ガスと混合されて還元ガス加熱装置２に導入される。なお、図示はしないが、循環ガスから二酸化炭素ガスを除去してもよい。
　還元ガス加熱装置２は、燃料ガスを燃焼させることで発生した熱で還元ガスを加熱する。加熱された還元ガスはシャフト炉１ａに吹込まれる。燃焼した燃料ガスは排ガスとして系外に排出される。
　シャフト炉１ａから排出されたスポンジ状還元鉄は、脱窒装置５に導入される。脱窒装置５は、水素ガスによりスポンジ状還元鉄を脱窒する。脱窒は、以下の反応式で進行する。なお、脱窒に用いられるガスには、脱窒を妨げない範囲で他の種類のガスが混合されていてもよい。このようなガスとしては、アルゴンガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス等が挙げられる。
　Ｎ（スポンジ状還元鉄内）＋（３／２）Ｈ２→ＮＨ３
　なお、脱窒に必要な条件（例えば水素ガスの温度等）は例えば盛らの研究（鉄と鋼，　５８（１９７２），　１２６４）に従えばよい。脱窒装置５は、スポンジ状還元鉄の窒素含有量が２０ｐｐｍ未満となるまで脱窒を行う。スポンジ状還元鉄の窒素含有量は、脱窒装置５の操業条件を調整することで、任意の値にすることができる。脱窒処理は、例えば、６００℃以上で行う。脱窒装置５から発生するガス、すなわち脱窒処理排ガスは、水素ガス及びアンモニアガスを含むので、外部から導入される還元ガスに混合してもよい。脱窒装置５を設けることで、あらゆる形態のスポンジ状還元鉄を脱窒することができる。
　脱窒条件について詳細に説明する。本発明者らは、水素によるスポンジ状還元鉄の脱窒挙動について、シミュレーション計算を実施した。上記の化学反応式で示された脱窒反応は、スポンジ状還元鉄の表面律速であると仮定し、反応速度には、Ｇｒａｂｋｅ（Ｂｅｒ．　Ｂｕｎｓｅｎｇｅｓ．　Ｐｈｙｓｉｋ．　Ｃｈｅｍ．，（１９６８），５３３，５４１）の提示した値を用いた。
　図２は、脱窒雰囲気を、Ｈ２１００体積％、１．０１３×１０５Ｐａ、７００℃としたときの、スポンジ状還元鉄の初期窒素含有量ごとの保持時間と窒素含有量のシミュレーション計算結果を示すグラフである。脱窒雰囲気とはスポンジ状還元鉄を脱窒処理するときの雰囲気を言う。
　Ｈ２１００体積％、１．０１３×１０５Ｐａ、７００℃の脱窒雰囲気では、初期窒素含有量が３０ｐｐｍのスポンジ状還元鉄では、３．６分で２０ｐｐｍまで窒素含有量が低減することが分かった。初期窒素含有量が５０ｐｐｍのスポンジ状還元鉄では、８分で２０ｐｐｍまで窒素含有量が低減し、初期窒素含有量が１００ｐｐｍのスポンジ状還元鉄では、１３．８分で２０ｐｐｍまで窒素含有量が低減することが分かった。
　図３は、脱窒雰囲気を、Ｈ２９０体積％、Ｎ２１０体積％、１．０１３×１０５Ｐａ、７００℃としたときの、スポンジ状還元鉄の初期窒素含有量ごとの保持時間と窒素含有量のシミュレーション計算結果を示すグラフである。
　図４は、脱窒雰囲気を、Ｈ２８０体積％、Ｎ２２０体積％、１．０１３×１０５Ｐａ、７００℃としたときの、スポンジ状還元鉄の初期窒素含有量ごとの保持時間と窒素含有量のシミュレーション計算結果を示すグラフである。
　図５は、脱窒雰囲気を、Ｈ２７０体積％、Ｎ２３０体積％、１．０１３×１０５Ｐａ、７００℃としたときの、スポンジ状還元鉄の初期窒素含有量ごとの保持時間と窒素含有量のシミュレーション計算結果を示すグラフである。
　図６は、脱窒雰囲気を、Ｈ２５０体積％、Ｎ２５０体積％、１．０１３×１０５Ｐａ、７００℃としたときの、スポンジ状還元鉄の初期窒素含有量ごとの保持時間と窒素含有量のシミュレーション計算結果を示すグラフである。
　図７は、脱窒雰囲気を、Ｈ２３６体積％、Ｎ２６４体積％、１．０１３×１０５Ｐａ、７００℃としたときの、スポンジ状還元鉄の初期窒素含有量ごとの保持時間と窒素含有量のシミュレーション計算結果を示すグラフである。
　脱窒雰囲気のＮ２濃度が増大すると、スポンジ状還元鉄の窒素含有量を２０ｐｐｍ以下にする所要時間は増大する。スポンジ状還元鉄の窒素含有量を３０ｐｐｍから２０ｐｐｍにするための所要時間は、脱窒雰囲気のＮ２濃度が１０体積％の場合、図３に示すように、６．１分であり、Ｎ２濃度が２０体積％の場合、図４に示すように、９．１分であり、Ｎ２濃度が３０体積％の場合、図５に示すように、１３．８分であり、Ｎ２濃度が５０体積％の場合、図６に示すように、３８．６分である。Ｎ２濃度が６４体積％の場合、図７に示すように、上記反応式が平衡状態となるときのＮ２濃度（平行濃度）が２０ｐｐｍとなるので、２０ｐｐｍ以下にすることはできない。
　また、Ｈ２濃度が低いほど処理時間は長くなる。スポンジ状還元鉄の窒素含有量を３０ｐｐｍから２０ｐｐｍにするための所要時間は、例えば、Ｈ２５０体積％、Ａｒ５０体積％の場合、９．８分であり、Ｈ２１０体積％、Ａｒ９０体積％では、７１分である。
　上記のとおり、脱窒処理の保持時間は、シミュレーション計算から算出することができる。したがって、脱窒温度にスポンジ状還元鉄を保持する保持時間は、脱窒温度及び脱窒雰囲気などの条件ごとの、スポンジ状還元鉄の窒素含有量と保持時間の関係に基づいて定めることができる。
　脱窒対象のスポンジ状還元鉄の窒素含有量は、２０ｐｐｍ以上である。脱窒対象のスポンジ状還元鉄の窒素含有量は、例えば５０ｐｐｍ以上であってもよいし、１００ｐｐｍ以上であってもよい。また、脱窒対象のスポンジ状還元鉄の窒素含有量は、例えば、６００００ｐｐｍ（６質量％）以下であってもよい。生産性を考慮すると、脱窒対象のスポンジ状還元鉄の窒素含有量は、２０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
　図８は、溶鋼の製造装置１０を示す模式図である。図８に示すように、脱窒装置５から排出されたスポンジ状還元鉄は、例えば、輸送手段６によって電気炉７に輸送される。すなわち、窒素含有量が２０ｐｐｍ未満であるスポンジ状還元鉄は、無窒素雰囲気下で電気炉７に輸送される。また、輸送されるスポンジ状還元鉄は、ＨＤＲＩであってもよいし、ＣＤＲＩであってもよい。本実施形態でいう「輸送」とは、電気炉７内に装入することまでが含まれる。ここで、電気炉７への輸送は無窒素雰囲気下の輸送手段６を通じて行われる。そして、電気炉７でスポンジ状還元鉄が溶解され、溶鋼が製造される。ここで、無窒素雰囲気とは、窒素が０％のみならず、窒素をわずかに含有する場合も含む。わずかに含有するとは、窒素を不純物に含む場合を意味し、具体的には、１０－３程度含有することを意味する。無窒素雰囲気は、例えば窒素を含まない、スポンジ状還元鉄と反応しない、あるいは再酸化などのスポンジ状還元鉄に有害な反応をほとんど起こさない雰囲気である。無窒素雰囲気としては、例えば、水素ガス、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス、アルゴン等やそれらの混合物が考えられる。ここで、厳密には、アルゴンはスポンジ状還元鉄と反応しない、水素ガスはスポンジ状還元鉄を還元する場合があるが、当該反応はスポンジ状還元鉄に有害ではない。一酸化炭素ガスは、スポンジ状還元鉄を還元し、浸炭する場合があるが、これらの反応はスポンジ状還元鉄に有害ではない。二酸化炭素ガスはスポンジ状還元鉄を再酸化する可能性があるが、その割合は十分に低い。輸送手段６の内部が窒素を含む雰囲気である場合、窒素を含む雰囲気を上述したような無窒素雰囲気に置換する。
　なお、スポンジ状還元鉄がＨＤＲＩとなる場合、上記に代えて以下の処理を行ってもよい。すなわち、スポンジ状還元鉄を無窒素雰囲気下で冷却してもよい。例えば電気炉７がスポンジ状還元鉄の製造装置１における脱窒装置５の遠方にあり、輸送に時間がかかる場合、このような処理が行われてもよい。脱窒処理及び冷却後のスポンジ状還元鉄の温度は、例えば６５０℃未満であってもよい。
　輸送手段６は、脱窒装置５と電気炉７とを接続する輸送管であってもよいし、密閉容器であってもよい。スポンジ状還元鉄をベッセル（密閉容器）に入れて電気炉に輸送する場合、ベッセル内を水素ガス雰囲気としてもよい。この場合、ベッセル内で脱窒が行われるので、脱窒装置５を省略してもよい。
　また、スポンジ状還元鉄を電気炉にガス輸送する場合、輸送用のガスを水素ガスとしてもよい。この場合、配管内で脱窒が行われるので、脱窒装置５を省略してもよい。
　以上説明した通り、本実施形態によれば、窒素含有量が２０ｐｐｍ未満のスポンジ状還元鉄を製造することができる。さらに、そのようなスポンジ状還元鉄を窒素含有量が２０ｐｐｍ以上にならないようにして電気炉に輸送し、溶鋼を製造することができる。したがって、高級鋼の製造が容易になる。さらに、高級鋼の品質を向上させることができる。
　なお、仮にシャフト炉１ａ内でスポンジ状還元鉄の脱窒が進んで窒素含有量が２０ｐｐｍ未満となっていたとしても、シャフト炉１ａ内での冷却や排出の際にスポンジ状還元鉄が窒素含有雰囲気に触れることで窒化が進み、窒素含有量が２０ｐｐｍ以上のスポンジ状還元鉄が排出されることとなる。
　本実施形態によれば、脱窒装置５による脱窒後に、（１）無窒素雰囲気下で高温のまま輸送すること、および（２）無窒素雰囲気下で冷却することができるので、スポンジ状還元鉄を低窒素（２０ｐｐｍ未満）のまま電気炉で使用することができる。
＜２．スポンジ状還元鉄の製造方法、スポンジ状還元鉄の脱窒方法、溶鋼の製造方法、及びスポンジ状還元鉄の冷却方法＞
　つぎに、スポンジ状還元鉄の製造方法、スポンジ状還元鉄の脱窒方法、溶鋼の製造方法及びスポンジ状還元鉄の冷却方法を説明する。
　まず、シャフト炉１ａを用いてスポンジ状還元鉄を製造する。すなわち、まず、シャフト炉１ａの上方から酸化鉄原料（例えば酸化鉄ペレット）を装入し、シャフト炉１ａの下方から還元ガスを吹き込む。ここで、還元ガスは、還元ガス加熱装置２により所定温度（例えば９００～９５０℃程度）まで加熱された後、シャフト炉１ａに吹き込まれる。そして、シャフト炉１ａに吹き込まれた還元ガスがシャフト炉１ａ内の酸化鉄原料を還元する。このような直接還元プロセスにより、スポンジ状還元鉄（ＤＲＩ）が製造される。スポンジ状還元鉄は、シャフト炉１ａの下方から排出される。
　シャフト炉１ａから排出された直後のスポンジ状還元鉄は、窒素含有量が２０ｐｐｍ以上となっている。スポンジ状還元鉄は、加熱された状態で排出される場合もあるし（ＨＤＲＩ）、冷却された状態で排出される場合（ＣＤＲＩ）もある。
　一方で、シャフト炉１ａの炉頂からは、水素ガス、一酸化炭素ガス、水蒸気、及び二酸化炭素ガスを含む炉頂ガス（排ガス）が排出される。炉頂ガスは、除塵装置３により除塵される。その後、炉頂ガスの一部は還元ガス加熱装置２の燃料ガスとされ、残りは循環ガスとして脱水装置４に導入される。
　ついで、脱水装置４は、循環ガスを脱水する。その後、循環ガスは、外部から導入される還元ガスと混合されて還元ガス加熱装置２に導入される。なお、図示はしないが、循環ガスから二酸化炭素ガスを除去してもよい。還元ガス加熱装置２は、燃料ガスを燃焼させることで発生した熱で還元ガスを加熱する。加熱された還元ガスはシャフト炉１ａに吹込まれる。
　シャフト炉１ａから排出されたスポンジ状還元鉄は、脱窒装置５に導入される。脱窒装置５は、水素ガスによりスポンジ状還元鉄を脱窒する。脱窒装置５は、スポンジ状還元鉄の窒素含有量が２０ｐｐｍ未満となるまで脱窒を行う。先に述べたとおり、脱窒温度にスポンジ状還元鉄を保持する保持時間は、スポンジ状還元鉄の窒素含有量と保持時間の関係に基づいて定めることができる。例えば、図２を参照して、Ｈ２１００体積％、１．０１３×１０５Ｐａの雰囲気下で、窒素含有量が５０ｐｐｍのスポンジ状還元鉄を脱窒して、当該スポンジ状還元鉄の窒素含有量を２０ｐｐｍ以下にする場合、７００℃の脱窒温度でスポンジ状還元鉄を８分以上保持すればよい。
　脱窒装置５から発生するガス、すなわち脱窒処理排ガスは、水素ガス及びアンモニアガスを含むので、熱源として還元ガス加熱装置２の燃料としてもよいし、窒素濃度管理の上で外部から導入される還元ガスに混合してもよい。
　脱窒装置５から排出されたスポンジ状還元鉄は、例えば、輸送手段６によって電気炉７に輸送される。ここで、電気炉７への輸送は無窒素雰囲気下で行われる。これにより、スポンジ状還元鉄の窒化を抑制できる。そして、電気炉７でスポンジ状還元鉄が溶解され、溶鋼が製造される。
　なお、スポンジ状還元鉄がＨＤＲＩとなる場合、上記に代えて以下の処理を行ってもよい。すなわち、脱窒処理されたスポンジ状還元鉄を無窒素雰囲気下で冷却してもよい。これにより、スポンジ状還元鉄の窒化を抑制しつつスポンジ状還元鉄を冷却することができる。例えば電気炉７がスポンジ状還元鉄の製造装置１における脱窒装置５の遠方にあり、輸送に時間がかかる場合、このような処理が行われてもよい。冷却後のスポンジ状還元鉄の温度は、例えば６５０℃未満であってもよい。スポンジ状還元鉄は、脱窒装置５において冷却されてもよいし、別途設けられた冷却装置（図示せず）で冷却されてもよい。
　また、スポンジ状還元鉄を輸送手段６であるベッセル（密閉容器）に入れて電気炉７に輸送する場合、ベッセル内を水素ガス雰囲気としてもよい。この場合、ベッセル内で脱窒が行われるので、脱窒装置５を省略してもよい。
　また、輸送手段６が輸送管であり、スポンジ状還元鉄を電気炉７にガス輸送する場合、輸送用のガスを水素ガスとしてもよい。この場合、配管内で脱窒が行われるので、脱窒装置５を省略してもよい。
　窒素含有量が３０ｐｐｍのＣＤＲＩを、脱窒装置に入れ、７００℃、水素ガス雰囲気下で５分間保持した。なお、窒素含有量の測定方法は上述した方法とした。その後、ＣＤＲＩの窒素含有量を測定したところ、１９ｐｐｍまで低減していた。したがって、上述した脱窒装置５によりスポンジ状還元鉄を２０ｐｐｍ未満まで脱窒できることが明らかになった。
　以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　１　スポンジ状還元鉄の製造装置
　１ａ　シャフト炉
　２　還元ガス加熱装置
　３　除塵装置
　４　脱水装置
　５　脱窒装置
　６　輸送手段
　７　電気炉
　１０　溶鋼の製造装置

Claims (5)

  1. 　窒素含有量が２０ｐｐｍ未満のスポンジ状還元鉄。
  2. 　スポンジ状還元鉄の窒素含有量と保持時間との関係に基づいて、窒素含有量が２０ｐｐｍ以上のスポンジ状還元鉄を脱窒処理する、スポンジ状還元鉄の製造方法。
  3. 　前記脱窒処理された前記スポンジ状還元鉄を無窒素雰囲気下で冷却する、請求項２に記載のスポンジ状還元鉄の製造方法。
  4. 　請求項２に記載のスポンジ状還元鉄の製造方法で製造されたスポンジ状還元鉄を無窒素雰囲気下で電気炉に輸送し、溶鋼を製造することを特徴とする、溶鋼の製造方法。
  5. 　温度が６５０℃以上であり、窒素含有量が２０ｐｐｍ未満である前記スポンジ状還元鉄を前記電気炉に輸送する、請求項４に記載の溶鋼の製造方法。
PCT/JP2024/046408 2024-02-20 2024-12-27 スポンジ状還元鉄、スポンジ状還元鉄の製造方法、及び溶鋼の製造方法 Pending WO2025177705A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2024429362A AU2024429362A1 (en) 2024-02-20 2024-12-27 Sponge reduced iron, method for producing sponge reduced iron, and method for producing molten steel
JP2025531739A JP7759019B1 (ja) 2024-02-20 2024-12-27 電気炉の操業方法、スポンジ状還元鉄の製造方法、及び溶鋼の製造方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2024023433 2024-02-20
JP2024-023433 2024-02-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025177705A1 true WO2025177705A1 (ja) 2025-08-28

Family

ID=96846947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2024/046408 Pending WO2025177705A1 (ja) 2024-02-20 2024-12-27 スポンジ状還元鉄、スポンジ状還元鉄の製造方法、及び溶鋼の製造方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7759019B1 (ja)
AU (1) AU2024429362A1 (ja)
WO (1) WO2025177705A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62107001A (ja) * 1985-11-05 1987-05-18 Kawasaki Steel Corp 還元鉄粉の仕上熱処理方法
JPS63167162U (ja) 1987-04-17 1988-10-31
JPH1046226A (ja) * 1996-07-29 1998-02-17 Kawasaki Steel Corp アーク式電気炉による低窒素溶鋼の製造方法
JP2000204419A (ja) 1999-01-11 2000-07-25 Kobe Steel Ltd 還元鉄ブリケットの製造方法
JP2023093078A (ja) * 2021-12-22 2023-07-04 株式会社神戸製鋼所 電気炉における原料溶解方法
JP2023537112A (ja) * 2020-08-12 2023-08-30 ティッセンクルップ スチール ヨーロッパ アクチェンゲゼルシャフト 素材鋼の製造プロセスおよびその製造のための集合体
JP2024023433A (ja) 2018-11-05 2024-02-21 フィッシャー アンド ペイケル ヘルスケア リミテッド 呼吸療法用マスク又はインタフェースのヘッドギア用の方向調整機構

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62107001A (ja) * 1985-11-05 1987-05-18 Kawasaki Steel Corp 還元鉄粉の仕上熱処理方法
JPS63167162U (ja) 1987-04-17 1988-10-31
JPH1046226A (ja) * 1996-07-29 1998-02-17 Kawasaki Steel Corp アーク式電気炉による低窒素溶鋼の製造方法
JP2000204419A (ja) 1999-01-11 2000-07-25 Kobe Steel Ltd 還元鉄ブリケットの製造方法
JP2024023433A (ja) 2018-11-05 2024-02-21 フィッシャー アンド ペイケル ヘルスケア リミテッド 呼吸療法用マスク又はインタフェースのヘッドギア用の方向調整機構
JP2023537112A (ja) * 2020-08-12 2023-08-30 ティッセンクルップ スチール ヨーロッパ アクチェンゲゼルシャフト 素材鋼の製造プロセスおよびその製造のための集合体
JP2023093078A (ja) * 2021-12-22 2023-07-04 株式会社神戸製鋼所 電気炉における原料溶解方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MORI ET AL., TETSU-TO-HAGANE, vol. 58, 1972, pages 1264

Also Published As

Publication number Publication date
AU2024429362A1 (en) 2026-08-06
JP7759019B1 (ja) 2025-10-23
JPWO2025177705A1 (ja) 2025-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI550092B (zh) 轉爐煉鋼法
JPS5815523B2 (ja) ハガネノセイホウ
JP7657784B2 (ja) 直接還元浸炭金属を生産する方法および装置
CN112004947B (zh) 钢液的制造方法
US9005570B2 (en) Method for treating a carbon dioxide-containing waste gas from an electrofusion process
CA2472427C (en) Method for making molten iron
CN114026041B (zh) 从含磷物质中除去磷的方法、金属冶炼用原料或金属精炼用原料的制造方法及金属的制造方法
JP7190066B2 (ja) 冶金炉を運転する方法
CN118696134A (zh) 铁液的制造方法
JP7759019B1 (ja) 電気炉の操業方法、スポンジ状還元鉄の製造方法、及び溶鋼の製造方法
JP7783551B1 (ja) 電気炉の操業方法、及び溶鋼製造用還元鉄ブリケットの製造方法
JP7640157B1 (ja) セメンタイトの製造方法
JP7551261B2 (ja) 電気炉における原料溶解方法
TW424004B (en) Process for thermal treatment of residual materials containing heavy metals
CN119256097A (zh) 用于生产直接还原金属的方法和装置
JP7755217B1 (ja) 還元鉄ブリケットの製造方法
RU2828712C1 (ru) Способ и устройство для получения прямовосстановленного науглероженного металла
JP7799168B2 (ja) 溶鋼処理炉の操業方法および溶鋼処理炉の副原料
JP7536739B2 (ja) 電気炉における吸窒防止方法
JP2005068533A (ja) 溶銑の脱燐方法
TWI883465B (zh) 鋅的去除方法及鋅的去除裝置
JP4466097B2 (ja) 溶銑の予備処理方法
US4179281A (en) Method for cooling high-temperature reduced iron
JP2026502144A (ja) 酸化鉄含有材料の還元プロセスの排出ガスから生成されるテールガスの使用
JP2023123257A (ja) 溶鋼の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2025531739

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2025531739

Country of ref document: JP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24925739

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: AU2024429362

Country of ref document: AU

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2024429362

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20241227

Kind code of ref document: A